一、前言

改革開(kāi)放三十年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模和綜合實(shí)力大幅增長(zhǎng)，生產(chǎn)大幅提升，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng)，去年奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦也極大地增強(qiáng)了我們民族的自信。但正如路甬祥院士所說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)制造業(yè)、甚至整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展面臨資源、能源和環(huán)境的嚴(yán)重制約，未來(lái)20年制造業(yè)的增長(zhǎng)，如果單純依靠數(shù)量增長(zhǎng)，這是資源、能源和環(huán)境所不能承受的。因此我國(guó)必須依靠科技進(jìn)步，采取綠色制造技術(shù)，在提高產(chǎn)品質(zhì)量和附加值的同時(shí)，努力降低資源和能源消耗，這是未來(lái)制造業(yè)的發(fā)展方向、也是從制造大國(guó)走向制造強(qiáng)國(guó)的必由之路。

當(dāng)前，我國(guó)1噸標(biāo)準(zhǔn)煤生產(chǎn)的GDP只有美國(guó)的28.6%、歐盟的16.8%、日本的10.3%，節(jié)能空間巨大。2005年底"十一五"規(guī)劃中我國(guó)首次明確確定節(jié)能目標(biāo)："十一五"期間，萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗從1.22噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降到0.98噸，平均年節(jié)能目標(biāo)為4.4%。但2006年僅完成1.23%，2007年完成3.27%，剩下三年的節(jié)能壓力非常巨大。2008年4月，全面修改的新節(jié)約能源法正式實(shí)施，將節(jié)約資源定為我國(guó)的基本國(guó)策?？梢哉f(shuō)，中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)全面推進(jìn)節(jié)能減排工作的局面。

在這樣一個(gè)背景下，可以預(yù)見(jiàn)今后幾年，越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、工廠都將改變現(xiàn)在不計(jì)能耗只顧發(fā)展的態(tài)勢(shì)，開(kāi)始著手采取措施，有計(jì)劃有步驟地削減能耗。

以此為背景，在工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)工廠總耗電量10-20%，有些工廠甚至高達(dá)35%的壓縮空氣系統(tǒng)在我國(guó)將不可避免地會(huì)成為節(jié)能工作的對(duì)象。壓縮空氣系統(tǒng)由于其元器件價(jià)格低廉、系統(tǒng)構(gòu)成及維護(hù)容易等特點(diǎn)，從70年代開(kāi)始在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用逐步擴(kuò)大，至今已形成全球年銷售額約110億美元的市場(chǎng)規(guī)模，在中國(guó)年銷售額達(dá)到近50億人民幣。但是，在原油日益高漲、能源問(wèn)題突出的今天，壓縮空氣系統(tǒng)使用中浪費(fèi)嚴(yán)重等問(wèn)題也引起了人們的關(guān)注，壓縮空氣系統(tǒng)的節(jié)能在我國(guó)正成為一個(gè)重要而迫切的課題。

壓縮空氣系統(tǒng)能耗的96%為工業(yè)壓縮機(jī)的耗電。我國(guó)工業(yè)壓縮機(jī)的耗電量2006年1800億度，2007年高達(dá)2000億度，約占全國(guó)總耗電量的6%。而GDP為我國(guó)1.6倍的日本的工業(yè)壓縮機(jī)耗電量?jī)H為400億度。這說(shuō)明我們?cè)谡{(diào)整產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，還需大力提高壓縮空氣系統(tǒng)的能源利用效率。

二、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的技術(shù)路線

壓縮空氣的使用能耗可以用氣動(dòng)功率的積分表示。因此，如圖4所示，在壓縮空氣使用中，減少壓力、流量、時(shí)間任何一個(gè)變量，都可降低壓縮空氣能耗。例如，如能將壓縮機(jī)輸出壓力從0.7MPa降低到0.6MPa，可以節(jié)約壓縮機(jī)用電至少5.8%。

具體到壓縮空氣系統(tǒng)中三大環(huán)節(jié)，可按圖5所示的流程，采取如下的節(jié)能措施：

1）壓縮空氣的產(chǎn)生：壓縮機(jī)的合理配置與運(yùn)行，供給壓力的降壓及運(yùn)行模式優(yōu)化，壓縮機(jī)與空氣凈化設(shè)備狀態(tài)的日常管理…

2）壓縮空氣的傳送：泄漏的日常點(diǎn)檢與最小化，接頭處的壓損改進(jìn)，管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)配置的合理化，耗氣量分配的監(jiān)測(cè)與日常管理…

3）壓縮空氣的使用：氣力輸送中壓力及流量的合理化，機(jī)器非工作時(shí)供氣的停止，分壓供氣，氣缸驅(qū)動(dòng)回路及驅(qū)動(dòng)速度的改進(jìn)，測(cè)量管路的最短化…

三、當(dāng)前我國(guó)企業(yè)壓縮空氣系統(tǒng)使用中存在的主要問(wèn)題

在當(dāng)前我國(guó)氣動(dòng)用戶的壓縮空氣系統(tǒng)中，能源浪費(fèi)主要表現(xiàn)為泄露偏大、壓縮機(jī)配置及運(yùn)行僅以保壓為目的、供給壓力不合理、氣槍噴嘴低效、設(shè)備用氣存在浪費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)工人用氣成本意識(shí)淡薄等等問(wèn)題。

在泄露問(wèn)題上，工廠中的泄露量通常占供氣量的10-30%，而管理不善的工廠甚至可能高達(dá)50%。有時(shí)一個(gè)汽車組裝車間的泄漏點(diǎn)就有2萬(wàn)個(gè)，其中，泄露量的90%以上來(lái)自設(shè)備使用中的零部件老化或破損。而尤為嚴(yán)重的是，現(xiàn)場(chǎng)管理人員遠(yuǎn)遠(yuǎn)地低估了泄漏造成的損失。比如，汽車點(diǎn)焊工位的一個(gè)焊渣在氣管上導(dǎo)致的一個(gè)直徑1mm的小孔每年導(dǎo)致的損失高達(dá)約3,525度電，幾乎相當(dāng)于兩個(gè)三口之家的全年家庭用電。加強(qiáng)泄漏損失意識(shí)、普及泄漏檢測(cè)及預(yù)防手段是當(dāng)前工作重點(diǎn)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在開(kāi)始利用ECOSO系列泄露檢測(cè)儀及泄露點(diǎn)掃描槍查漏堵漏，并已取得一些成效。

壓縮機(jī)的合理配置及合理運(yùn)行對(duì)節(jié)省用電非常重要。通常，為使輸出壓力波動(dòng)小，很多壓縮機(jī)采用吸氣閥調(diào)節(jié)方式。這種方式在沒(méi)有供氣的情況下也仍需消耗70%額定功率的電力，浪費(fèi)較嚴(yán)重。為此，導(dǎo)入變頻控制、采用壓縮機(jī)群的臺(tái)數(shù)控制等措施對(duì)削減電力十分奏效。而這些在工廠的實(shí)際操作中基本都被忽略，保證壓力成為大多數(shù)工廠對(duì)壓縮機(jī)管理的唯一要求。

另外，由于管道壓力損失不確定，設(shè)備啟動(dòng)存在流量高峰等原因，壓縮機(jī)的供氣壓力有時(shí)比現(xiàn)場(chǎng)要求壓力高出0.2-0.3MPa，浪費(fèi)非常嚴(yán)重。有時(shí)也會(huì)為了少數(shù)幾臺(tái)壓力要求高的設(shè)備，而整個(gè)調(diào)高供氣的壓力，這在能源使用配置上極其不合理，非明智之舉。

氣槍在制造加工的精修、機(jī)加工等工藝現(xiàn)場(chǎng)被廣泛使用，其耗氣量在某些產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域達(dá)到總供氣量的50%。通常，氣槍在使用過(guò)程中存在供氣管道過(guò)長(zhǎng)、供給壓力過(guò)高、用直管銅管做噴嘴等問(wèn)題。另外，現(xiàn)場(chǎng)人員很容易為了追求大沖擊力而擅自擴(kuò)大噴嘴噴口、提高供給壓力，從而造成很大的用氣浪費(fèi)。

另外，在氣動(dòng)設(shè)備中存在用氣不合理的現(xiàn)象也比較突出，例如確定工件是否卡到位的氣體背壓檢測(cè)、真空發(fā)生器給氣等存在不工作也不間斷供氣現(xiàn)象。尤其是化學(xué)藥液槽等用于攪拌目的的用氣、輪胎制造中的定型充氣等，從0.7MPa的高壓減壓到0.1-0.2MPa使用的現(xiàn)象非常普遍，浪費(fèi)得令人痛心。從工藝上把握設(shè)備的實(shí)際需要壓力和最低耗氣量是使設(shè)備耗氣合理化的前提。由于設(shè)備用氣不合理導(dǎo)致的浪費(fèi)平均估計(jì)為供氣量的20%。

以上種種問(wèn)題，表明當(dāng)前壓縮空氣系統(tǒng)的使用中用氣浪費(fèi)比較嚴(yán)重。所以，只需對(duì)其開(kāi)展詳細(xì)調(diào)查，明確問(wèn)題所在，采取合理有效的節(jié)能措施，就可取得30%甚至更高的節(jié)能效果。

四、壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能在中國(guó)大有所為

當(dāng)前，中國(guó)在氣動(dòng)節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用上幾乎還是一片空白。我國(guó)氣動(dòng)用戶在氣動(dòng)技術(shù)使用中存在效率偏低、浪費(fèi)嚴(yán)重、欲實(shí)施節(jié)能也無(wú)從下手和缺乏經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題。在壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能的研究和實(shí)施上，日本走在世界的前列。自1997年防止地球溫室效應(yīng)的京都協(xié)議簽訂以來(lái)，日本全國(guó)開(kāi)始了聲勢(shì)浩大的節(jié)能運(yùn)動(dòng)，這其中也包括對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)實(shí)施的節(jié)能活動(dòng)。根據(jù)2002年日本流體動(dòng)力工業(yè)會(huì)的調(diào)查，各企業(yè)實(shí)施節(jié)能后，氣動(dòng)能耗削減了10-30%。日本在氣動(dòng)節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)用上遙遙領(lǐng)先于其他各國(guó)，已積累了一些成熟的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，其中，日本SMC公司在日本給100家以上企業(yè)做了氣動(dòng)節(jié)能提案，最大削減60%，總計(jì)節(jié)省金額折合人民幣1.5億元。這些技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)在中國(guó)的消化、普及、再創(chuàng)新將成為中國(guó)氣動(dòng)節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。

為此，2007年底，北京航空航天大學(xué)和SMC（中國(guó)）有限公司進(jìn)行產(chǎn)學(xué)合作，針對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)，成立了全國(guó)首個(gè)節(jié)能環(huán)保中心，深入研究壓縮空氣系統(tǒng)合理化技術(shù)，面向全國(guó)氣動(dòng)用戶快速推進(jìn)和普及氣動(dòng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)，促進(jìn)行業(yè)健康發(fā)展。該中心對(duì)國(guó)內(nèi)一家外資企業(yè)實(shí)施了全面的節(jié)能改造，使工廠每單位產(chǎn)量壓縮機(jī)耗電量削減了34.5%，壓縮機(jī)從原來(lái)的10.5臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行變?yōu)?.5臺(tái)滿負(fù)荷運(yùn)行，3臺(tái)壓縮機(jī)完全停機(jī)。

這說(shuō)明壓縮空氣系統(tǒng)節(jié)能成效顯著。如能在我國(guó)廣泛開(kāi)展氣動(dòng)節(jié)能活動(dòng)、普及氣動(dòng)節(jié)能技術(shù)，每年可為國(guó)家節(jié)約用電600億度，折合金額360億元，具有非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

該中心正在針對(duì)我國(guó)汽車、紡織、電子半導(dǎo)體、加工機(jī)械等制造行業(yè)的大中型企業(yè)，以降低空氣壓縮機(jī)能耗為目的，結(jié)合各個(gè)行業(yè)特點(diǎn)研究切實(shí)可行的節(jié)能技術(shù)，制定一整套行之有效、易于實(shí)施、投資回收期小于一年的節(jié)能實(shí)施流程，將節(jié)能措施行業(yè)化、系統(tǒng)化、具體化、可操作化、可視化并進(jìn)而規(guī)范化。

我們相信，只要?dú)鈩?dòng)元器件廠家、壓縮機(jī)廠家、氣動(dòng)用戶、大學(xué)研究機(jī)構(gòu)各自負(fù)起責(zé)任、共同努力，壓縮空氣系統(tǒng)的能耗一定能在當(dāng)前基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)大幅度的下降，為我國(guó)"十一五"節(jié)能目標(biāo)的順利完成做出貢獻(xiàn)。

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